基于ProE的六自由度机械手的仿真

12012届本科毕业论文基于Pro/E的六自由度机械手的仿真学生姓名：所在院（系）：机电学院所学专业：机械设计制造及其自动化导师姓名：完成时间：5月10日_____________2基于Pro/E的六自由度机械手的仿真罗毫河南科技学院机电学院摘要机器人是自动执行工作的机器设备。它不但可以接受人类指挥，而且还能运行预先编排的程序，又方便根据以人工智能技术制定的原则纲领行动。它的任务是协助或者说是代替人类工作的工作，例如生产业、建筑业，繁琐的，危险的作业。六自由度自由度机械手做为现代机器人的一个重要组成部分，也随着技术的发展不断发展。普通机械手只能完成单工作任务或者较简单的操作，多自由度机械手在很多的工程技术及工程实际中能更为合理的进行一些现实操作。笔者利用三维软件Pro/E制图，对六自由度机械手的运动机构进行分析、设计，并对其进行三维造型的建模与仿真。通过Pro/E这个三维软件工具来进行六自由度机械手的建模设计，完整体现产品设计的基本流程，提出一种产品设计的新思路,展示Pro/E在产品设计上的优势。第一利用Pro/E便捷的建模工具来对机械手的各零件进行造型设计；第二利用Pro/E按要求对机械手零件以各种约束和销钉等连接来进行合理装配；第三利用Pro/E的机构模式对机械手的装配作添加伺服器等操作，来实现六自由度机械手的运动仿真。Pro/E简单便捷的的实现了对六自由度机械手的装配和运动仿真，效果非常直观明了。关键词：六自由度机械手，Pro/E，建模，仿真3SimulationofSixDegreesofFreedomManipulatorBasedonPro/ELuoHaoSchoolofMechanical&ElectricalEngineering,HenanInstituteofScienceandTechnologyAbstractTherobotismachineryandequipmentthatcarriesoutoperationautomatically.Itcannotonlyaccepthumancommand,butalsocanrunapre-arrangedprogrambyitself.Itsmissionistoassistorreplacehumanwork,suchasmanufacturingindustry,construction,tediousanddangerousoperation.Sixdegreesoffreedommanipulatorasanimportantpartofmodernrobotalsocontinuousdevelopmentalongwiththeoftechnologydevelopment.Generalmanipulatorcanonlycompleteasingletaskorarelativelysimpleoperation,multi-degreeoffreedommanipulatorcanbemorereasonableforsomereal-worldoperatinginalotofengineeringskillsandengineeringpractical.IusePro/E,athree-dimensionalsoftware,drawing,analyze,designthemovementorganizationofsixdegreesoffreedommanipulator,andmakemodelingandsimulationofthree-dimensionalshapeofmotionforsixdegreesoffreedommanipulator.IconductmodelingdesignforSixdegreesoffreedommanipulatorbyusingthethree-dimensionalsoftwaretoolsPro/E，whichcourseshowsusthebasicprocessoftheproduct’sdesignfully,putsforwardnewideasforaproductdesignanddemonstratestheadvantageofPro/E.Firstly,IusePro/E’sconvenientmodelingtooltodesignthevariouspartsoftherobot;Secondly,Ifitthevariouspartsoftherobottogetheraccordingtoavarietyofconstraintsandpinconnected.Thirdly,IuseinstitutionalmodelofPro/Etoaddserveroperationinordertoachievemotionsimulationofthesixdegreesoffreedommanipulator.Pro/Eissimpleandconvenienttoachievethesixdegreesoffreedommanipulatorassemblyandmotionsimulation,theeffectisverysimpleandclear.Keywords:SixDegreesofFreedomManipulator,Pro/E,Modeling,Simulation目录4第一章绪论.........................................................11.1六自由度机械手的简介.........................................11.2六自由度机械手的发展.........................................11.3六自由度机械手的研究意义.....................................21.4机械手的研究状况.............................................3第二章Pro/ENGINEER的选择使用......................................42.1Pro/ENGINEER产品介绍.......................................42.2Pro/ENGINEER六大模块.......................................42.3Pro/ENGINEER的优势..........................................6第三章六自由度机械手零件的设计建模..............................73.1六自由度机械手底座建模.....................................83.2六自由度机械手垂直轴旋转体的建模过程.......................83.3六自由度机械手的臂膀建模过程................................93.4六自由度机械手手掌建模过程.................错误!未定义书签。第四章六自由度机械手的装配.........................错误!未定义书签。4.1Pro/ENGINEER的装配过程.....................错误!未定义书签。4.2六自由度机械手装配步骤及方法...............错误!未定义书签。第五章六自由度机械手的运动仿真....................................195.1运动学仿真及过程..........................................195.2进入机构模块...............................错误!未定义书签。5.3添加“伺服电动机”.........................错误!未定义书签。5.4定义初始条件...............................错误!未定义书签。5.5定义分析...................................错误!未定义书签。5.6运动仿真视频制作...........................错误!未定义书签。结束语..............................................错误!未定义书签。参考文献...........................................错误!未定义书签。致谢.............................................错误!未定义书签。1第一章绪论1.1六自由度机械手的简介六自由度机械手是一种能模仿人的某些动作，用以按固定程序抓取、搬运物件或操作工具的自动操作装置。广泛应用于机械制造、冶金、电子、轻工和原子能等行业。六自由度机械手主要由手部和运动机构组成。手部是用来抓持工件（或工具）的部位，根据被抓持物件的形状、大小、重量、材料和作业要求而量身定做，如夹持型、托持型和吸附型等。运动机构，使手部完成各种转动（摆动）、移动或复合运动来实现规定的动作，改变被抓持物件的位置。运动机构的升降、旋转等运动方式，称为机械手的自由度。为了抓取空间中任意位置和方位的物体，需有6个自由度。自由度是机械手设计的关键参数，自由度越多，机械手的灵活性越大，通用性越广，其结构也越复杂。一般专用机械手有2～3个自由度即可。机械手的分类，按驱动方式可分为液压式、气动式、电动式、机械式机械手；按适用范围可分为专用机械手和通用机械手；按运动轨迹控制方式可分为点位控制和连续轨迹控制机械手等。机械手通常用作其他机器的附加装置，如在自动机床或自动生产线上装卸和传递工件，在加工中心中更换刀具等，一般没有独立的控制装置。不过有些操作装置需要由人直接操纵，比如用于原子能部门操持危险物品的主从式操作手也可以并且常称为机械手。1.2六自由度机械手的发展在工业生产中应用的机械手被称为工业机械手。工业机械手是近代自动控制领域中出现的一项新技术，并已成为现代机械制造生产系统中的一个重要组成部分，这种新技术发展很快，逐渐成为一门新兴的学科——机械手工程。机械手涉及到力学、机械学、电器液压技术、自动控制技术、传感器技术和计算机技术等科学领域，是一门跨学科综合技术。工业机械手正在向着高速度、高精度、高可靠性、便于操作和维修等性能提高，而价格却像其他电子类产品一样再不断下降。机械结构向模块化、可重构化发展。例如关节模块中的伺服电机、减速机、检测系统三位一体化：由关节模块、连杆模块用重组方式构造机器人整机，国外已有模块化装配机器人产品问市。工业机械手控制系统向基于PC机的开放型控制器方向发展，便于标准化、网络化，器件集成度提高，控制柜日见小巧，且采用模块化结构，大大提高了系统的可靠性、易操作性和可维修性。2机械手中的传感器作用日益重要，除采用传统的位置、速度、加速度等传感器外，装配、焊接机器人还应用了视觉、力觉等传感器，而遥控机器人则采用视觉、声觉、力觉、触觉等多传感器的融合技术来进行环境建模及决策控制，多传感器融合配置技术在产品化系统中已有成熟应用。虚拟现实技术在机械手中的作用已从仿真、预演发展到用于过程控制，如使遥控机械手操作者产生置身于远端作业环境中的感觉来操纵机械手。1.3六自由度机械手的研究意义六自由度自由度机械手做为现代机器人的一个重要组成部分，也随着技术的发展不断发展。普通机械手只能完成单工作任务或者较简单的操作，多自由度机械手在很多的工程技术及工程实际中能更为合理的进行一些现实操作。对六自由度机械手进行研究是有重要意义的。（1）.理论意义六自由度机械手安装在工作台上，这种结构使机械手拥有几乎无限大的工作空间和高度的运动冗余性，而且同时具有移动和操作